【C/C++ 内存管理函数】C语言动态内存管理大揭秘:malloc、calloc、realloc与new的对比与差异

简介: 【C/C++ 内存管理函数】C语言动态内存管理大揭秘:malloc、calloc、realloc与new的对比与差异

C/C++内存管理专栏:C/C++ 内存管理专栏



C语言中内存分配方式

  1. 从静态存储区域分配
    -内存在程序编译的时候就已经分配好,这块内存在程序的整个运行期间都存在.例如全局变量、static变量.
  2. 在栈上创建
    在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函数执行结束时这些存储单元自动被释放.栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,效率很高,但是分配的内存容量有限.
  3. 从堆上分配,亦称动态内存分配
    -程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存,程序员自己负责在何时用free或delete释放内存.动态内存的生存期由用户决定,使用非常灵活,但问题也最多.

C语言内存申请相关函数

C语言跟内存申请相关的函数主要有 alloca、calloc、malloc、free、realloc等.

<1> alloca是向栈申请内存,因此无需释放.
<2> malloc分配的内存是位于堆中的,并且没有初始化内存的内容,因此基本上malloc之后,调用函数memset来初始化这部分的内存空间.
<3> calloc则将初始化这部分的内存,设置为0.
<4> realloc则对malloc申请的内存进行大小的调整.
<5> 申请的内存最终需要通过函数free来释放.


函数声明

接下来介绍正文了,三个函数的申明分别是:

void* malloc(unsigned size);
void* realloc(void* ptr, unsigned newsize);  
void* calloc(size_t numElements, size_t sizeOfElement);

三者都在stdlib.h函数库内,它们的返回值都是请求系统分配的地址,如果请求失败就返回NULL.
(1)函数malloc()
在内存的动态存储区中分配一块长度为size字节的连续区域,参数size为需要内存空间的长度,返回该区域的首地址.
如果由malloc()函数分配的内存空间原来没有被使用过,则其中的每一位可能都是0;反之, 如果这部分内存曾经被分配过,则其中可能遗留有各种各样的数据.
也就是说,使用malloc()函数的程序开始时(内存空间还没有被重新分配)能正常进行,但经过一段时间(内存空间还已经被重新分配)可能会出现问题。
(2)函数calloc()
与malloc相似,参数sizeOfElement为申请地址的单位元素长度,numElements为元素个数,即在内存中申请numElements*sizeOfElement字节大小的连续地址空间.
函数calloc() 会将所分配的内存空间中的每一位都初始化为零,也就是说,如果你是为字符类型或整数类型的元素分配内存,那么这些元素将保证会被初始化为0;
如果你是为指针类型的元素分配内存,那么这些元素通常会被初始化为空指针;
如果你为实型数据分配内存,则这些元素会被初始化为浮点型的零。
realloc可以对给定的指针所指的空间进行扩大或者缩小,无论是扩张或是缩小,原有内存的中内容将保持不变.当然,对于缩小,则被缩小的那一部分的内容会丢失。
realloc并不保证调整后的内存空间和原来的内存空间保持同一内存地址,相反,realloc返回的指针很可能指向一个新的地址。
(3)函数realloc()
给一个已经分配了地址的指针重新分配空间,参数ptr为原有的空间地址,newsize是重新申请的地址长度.
如果size较小,原来申请的动态内存后面还有空余内存,系统将直接在原内存空间后面扩容,并返回原动态空间基地址;
如果size较大,原来申请的空间后面没有足够大的空间扩容,系统将重新申请一块(20+size)*sizeof(int)的内存,并把原来空间的内容拷贝过去,原来空间free;如果size非常大,系统内存申请失败,返回NULL,原来的内存不会释放。
注意:如果扩容后的内存空间较原空间小,将会出现数据丢失,如果直接realloc(p, 0);相当于free(p).


malloc、calloc、realloc的区别

  • 初始化

    1.函数malloc申请的内存空间不会进行初始化,可能是随机值,
    2.函数calloc会将所分配的内存空间中的每一位都初始化为零.
    3.函数realloc申请的内存空间同样不会进行初始化,可能是随机值.
  • 功能
    1.malloc向系统申请分配指定size个字节的内存空间.返回类型是 void*类型.
    2.函数calloc与malloc类似,但多一个参数,并不需要人为的计算空间的大小,适合申请指针数组空间.
    3.realloc功能更为丰富,可以实现内存分配和内存释放的功能,
    当扩大一块内存空间时,连续空间不够时,会使用堆上第一个有足够大小的自由块,现存的数据然后就被拷贝至新的位置,而老块则放回到堆上.重要的信息就是数据可能被移动。

C++ 动态分配内存:new

C/C++ 内存分配 new 操作符:剖析new操作符的实现机制和使用技巧

C/C++ 动态分配内存方式的原理和使用场景

C语言中的动态内存分配主要涉及到malloc、calloc、realloc这三个函数,而C++新增了new操作符。它们的底层原理和应用场景如下:

malloc(Memory ALLOCation):

原理:malloc是C语言中用于动态内存分配的函数。它向系统请求分配指定大小的内存空间,并返回指向这块内存的指针。malloc不会对分配的内存进行初始化,因此分配的内存可能包含垃圾数据。

应用场景:当你需要动态地分配内存空间时,可以使用malloc。这对于不确定数据大小的情况(如用户输入)特别有用。需要注意的是,分配的内存需要使用free函数释放,以防止内存泄漏。

calloc(Contiguous ALLOCation):

原理:calloc与malloc类似,也是用于动态内存分配的函数。与malloc的主要区别在于,calloc会初始化分配的内存空间,将其设置为0。因此,分配的内存不会包含垃圾数据。

应用场景:当你需要动态分配内存并确保其初始化为0时,可以使用calloc。与malloc相同,分配的内存需要使用free函数释放。

realloc(RE-ALLOCation):

原理:realloc函数用于调整之前分配的动态内存大小。如果需要扩大或缩小已分配内存的大小,realloc会尝试在原有内存的基础上调整大小,如果无法调整,则会分配一块新的内存,并将原有数据复制到新内存中。realloc不会对新分配的内存进行初始化。

应用场景:当你需要动态地调整内存大小时,可以使用realloc。例如,在处理可变长度数据结构(如动态数组)时,可能需要根据数据的增加或减少来调整内存。同样,需要使用free函数释放内存。

new(C++):

原理:new是C++中用于动态内存分配的操作符。与malloc和calloc相比,new具有更好的类型安全性,并能自动调用构造函数进行对象的初始化。同时,new操作符会根据请求的类型自动计算所需的内存大小。

应用场景:在C++中,可以使用new操作符分配动态内存,特别是在处理类和对象时。与malloc和calloc一样,分配的内存需要使用delete操作符释放。


总之,根据你的编程语言和需求,可以选择合适的动态内存分配方法。在C语言中,可以根据是否需要初始化内存来选择malloc或calloc,并使用realloc来调整内存大小。


结语

在我们的探索过程中,我们已经深入了解了C/C++的强大功能和广泛应用。然而,学习这些技术只是开始。真正的力量来自于你如何将它们融入到你的日常工作中,以提高效率和生产力。

心理学告诉我们,学习是一个持续且积极参与的过程。所以,我鼓励你不仅要阅读和理解这些命令,还要动手实践它们。尝试创建自己的命令,逐步掌握Shell编程,使其成为你日常工作的一部分。

同时,请记住分享是学习过程中非常重要的一环。如果你发现本博客对你有帮助,请不吝点赞并留下评论。

此外,我也欢迎你收藏本博客,并随时回来查阅。因为复习和反复实践也是巩固知识、提高技能的关键。

最后,请记住:每个人都可以通过持续学习和实践成为C/C++ 编程专家。我期待看到你在这个旅途中取得更大进步!

目录
相关文章
|
存储 缓存 NoSQL
工作 10 年!Redis 内存淘汰策略 LRU 和传统 LRU 差异,还傻傻分不清
小富带你深入解析Redis内存淘汰机制:LRU与LFU算法原理、实现方式及核心区别。揭秘Redis为何采用“近似LRU”,LFU如何解决频率老化问题,并结合实际场景教你如何选择合适策略,提升缓存命中率。
1528 3
|
安全 C语言 C++
比较C++的内存分配与管理方式new/delete与C语言中的malloc/realloc/calloc/free。
在实用性方面,C++的内存管理方式提供了面向对象的特性,它是处理构造和析构、需要类型安全和异常处理的首选方案。而C语言的内存管理函数适用于简单的内存分配,例如分配原始内存块或复杂性较低的数据结构,没有构造和析构的要求。当从C迁移到C++,或在C++中使用C代码时,了解两种内存管理方式的差异非常重要。
536 26
|
安全 C语言
C语言中的字符、字符串及内存操作函数详细讲解
通过这些函数的正确使用,可以有效管理字符串和内存操作,它们是C语言编程中不可或缺的工具。
639 15
|
存储 C语言
`scanf`是C语言中用于按格式读取标准输入的函数
`scanf`是C语言中用于按格式读取标准输入的函数,通过格式字符串解析输入并存入指定变量。需注意输入格式严格匹配,并建议检查返回值以确保读取成功,提升程序健壮性。
1698 0
|
人工智能 Java 程序员
一文彻底搞清楚C语言的函数
本文介绍C语言函数:函数是程序模块化的工具,由函数头和函数体组成,涵盖定义、调用、参数传递及声明等内容。值传递确保实参不受影响,函数声明增强代码可读性。君志所向,一往无前!
798 1
一文彻底搞清楚C语言的函数
|
存储 C语言
【C语言程序设计——函数】递归求斐波那契数列的前n项(头歌实践教学平台习题)【合集】
本关任务是编写递归函数求斐波那契数列的前n项。主要内容包括: 1. **递归的概念**:递归是一种函数直接或间接调用自身的编程技巧,通过“俄罗斯套娃”的方式解决问题。 2. **边界条件的确定**:边界条件是递归停止的条件,确保递归不会无限进行。例如,计算阶乘时,当n为0或1时返回1。 3. **循环控制与跳转语句**:介绍`for`、`while`循环及`break`、`continue`语句的使用方法。 编程要求是在右侧编辑器Begin--End之间补充代码,测试输入分别为3和5,预期输出为斐波那契数列的前几项。通关代码已给出,需确保正确实现递归逻辑并处理好边界条件,以避免栈溢出或结果
1007 16
|
存储 编译器 C语言
【C语言程序设计——函数】分数数列求和2(头歌实践教学平台习题)【合集】
函数首部:按照 C 语言语法,函数的定义首部表明这是一个自定义函数,函数名为fun,它接收一个整型参数n,用于指定要求阶乘的那个数,并且函数的返回值类型为float(在实际中如果阶乘结果数值较大,用float可能会有精度损失,也可以考虑使用double等更合适的数据类型,这里以float为例)。例如:// 函数体代码将放在这里函数体内部变量定义:在函数体中,首先需要定义一些变量来辅助完成阶乘的计算。比如需要定义一个变量(通常为float或double类型,这里假设用float。
889 3
|
存储 算法 安全
【C语言程序设计——函数】分数数列求和1(头歌实践教学平台习题)【合集】
if 语句是最基础的形式,当条件为真时执行其内部的语句块;switch 语句则适用于针对一个表达式的多个固定值进行判断,根据表达式的值与各个 case 后的常量值匹配情况,执行相应 case 分支下的语句,直到遇到 break 语句跳出 switch 结构,若没有匹配值则执行 default 分支(可选)。例如,在判断一个数是否大于 10 的场景中,条件表达式为 “num> 10”,这里的 “num” 是程序中的变量,通过比较其值与 10 的大小关系来确定条件的真假。常量的值必须是唯一的,且在同一个。
1147 2
|
存储
阿里云轻量应用服务器收费标准价格表:200Mbps带宽、CPU内存及存储配置详解
阿里云香港轻量应用服务器,200Mbps带宽,免备案,支持多IP及国际线路,月租25元起,年付享8.5折优惠,适用于网站、应用等多种场景。
3902 0
|
存储 缓存 NoSQL
内存管理基础:数据结构的存储方式
数据结构在内存中的存储方式主要包括连续存储、链式存储、索引存储和散列存储。连续存储如数组,数据元素按顺序连续存放,访问速度快但扩展性差;链式存储如链表,通过指针连接分散的节点,便于插入删除但访问效率低;索引存储通过索引表提高查找效率,常用于数据库系统;散列存储如哈希表,通过哈希函数实现快速存取,但需处理冲突。不同场景下应根据访问模式、数据规模和操作频率选择合适的存储结构,甚至结合多种方式以达到最优性能。掌握这些存储机制是构建高效程序和理解高级数据结构的基础。
1287 1